전문가 기고

“새로운 바이러스 출현에 따른 새로운 물관리 필요하다”

사회·경제적 피해 줄 수 있는 바이러스 오염 막을 제도적 장치 필요
먹는물 바이러스 오염 방지 위해 수처리 신기술 적극 도입·활용해야

▲ 신 영 오 박사 ·서울대학교 문리과대학 졸업 ·피츠버그대학교 미생물학 석사 ·서울대학교 대학원 미생물학 박사 ·한국과학기술정보연구원(KISTI) 전문위원 ·(전) 강원대학교 의과대학 의학과 미생물학교실 주임교수 ·(전) 강원대학교 의과학연구소장 ·(전) 국립환경연구원 지정 대학유일 ‘바이러스표준실험실’ 책임자 ·(전) 국립보건원 과장 ·(전) 국립보건원 AIDS 센터장

 ‘코로나19’ 바이러스 등 신종 바이러스의 유행과 새로운 차원의 물관리

물에는 사람을 감염시키는 120종 이상의 장 관련(Enteric) 바이러스가 있으며 이들은 인간과 동물에게 위협이 되고 있다. 이 바이러스들은 사람 외에 가축, 애완 및 야생 동물들을 감염시키고 사회경제적으로도 큰 피해를 일으킬 수 있다. 인간과 동물의 장관계에서 증식한 바이러스들은 분변을 통해 하수 및 자연환경과 원수를 오염시킨다.

이 병원체들로부터 인간과 동물을 보호하기 위해서는 바이러스를 정확히 이해하고 수처리를 포함한 전반적 물관리를 통하여 바이러스를 완전히 제거 혹은 불활화시켜야 한다. 바이러스는 끊임없이 변이해 신종을 일으킨다.

2002년의 ‘사스(SARS; 중증 급성 호흡기 증후군)’, 2015년의 ‘메르스(MERS; 중동 호흡기 증후군)’, 그리고 금년의 ‘코로나바이러스감염증-19(COVID-19, 이하 코로나19)’ 등은 모두 오랜 기간 동안 인간에게 경미한 감기를 일으키던 코로나 바이러스의 변종이다.

출현(emerging) 바이러스는 대부분 RNA 변이에 의하여 새롭게 생성되며, 분자생물학의 발전으로 원인 미상 질병들이 새로운 바이러스에 기인하는 것으로 밝혀지고 있다. 본 고에서는 물을 통하여 사람과 동물을 감염시키는 주요 바이러스에 대해 알아보고 이에 대비한 새로운 차원의 물관리를 소개하고자 한다.

중요성이 증가하는 수인성 바이러스들

‘코로나19’ 바이러스  잘 알려진 바와 같이 2019년 중국 우한(武漢)의 한 수산시장에서 시작된 ‘코로나19’ 바이러스로 210개가 넘는 국가에서 200만 명 이상의 환자와 13만 명 이상의 사망자가 발생하였으며 아직도 그 정점을 모르고 확산 중이다.

‘코로나19’ 바이러스는 사람에게 감기, 폐렴 등의 질병뿐만 아니라 위장관염 등을 일으킨다. 호흡기 이외에 구강을 비롯한 소화기에서도 바이러스가 증식함에 따라 분변, 하수 등에서 병원체가 일정 기간 감염성 상태를 유지할 수 있다. 일반적으로 알려진 호흡기 분비물뿐만 아니라 구강 및 분변을 통한 감염도 주요 루트가 될 것으로 추정된다. 

근래 물 바이러스 관련 문헌들은 ‘코로나19’ 바이러스를 수인성 바이러스 범주에 넣는 추세다. ‘코로나19’ 바이러스는 외가닥(single stranded)의 RNA로 구성되며 외막(外膜, envelope)을 갖고 있다. 외부로 튀어나온 방망이처럼 생긴 스파이크가 태양과 닮았다고 하여 ‘코로나(Corona)’라는 이름이 붙었다.

‘코로나19’ 바이러스, 인플루엔자와 같이 외막이 있는 바이러스들은 각종 화합물 등에 저항성이 상대적으로 약하다. 바이러스가 환경에서 생존하는 기간은 생체 밖으로 나온 액포의 양과 상태, 온도, pH, 습도 그리고 묻어있는 표면의 재질 등에 따라 달라지기 때문에 일괄적으로 언급하기는 어렵다. ‘코로나19’ 등 감염 환자들은 감염 후 상당 기간 분변을 통해 바이러스를 배출하는 것으로 알려져 있다. 감염 후 4∼5일부터 체액에서 바이러스의 존재가 확인되며 10일 정도에서 최정점을 찍고 이후 바이러스량이 감소한다.

‘코로나19’ 바이러스가 하수에서 생존할 수 있는 기간은 아직 정확히 모르나 코로나19 바이러스와 비슷한 대체(surrogate) 바이러스로 실험했을 때 4℃에서 28일간 생존했으며, 상대 습도가 20%와 80% 이상일 때 오랜 기간 감염성을 유지했다. 불활화 정도는 모든 상대습도에서 공통적으로 4℃보다 20℃에서 빠르고 40℃ 이상의 고온에서 급격히 불활화된다. 이러한 점을 고려할 때 코로나19 바이러스는 일상적인 실내 대기 온도에서 14일 이상, 즉 상당 기간  물에서 생존할 수 있음을 뜻한다.

▲ ① 파보바이러스(Parbovirus)의 전자현미경 사진. 바이러스 중 가장 작다.

파보바이러스(Parbovirus)  파보바이러스는 8개의 속(屬, genus), 58개의 종이 있을 정도로 다양한 바이러스들이다. 가장 작은 크기(18∼25㎚)의 바이러스이며 단일가닥 DNA 바이러스로서 외막이 없는 원형 바이러스다(사진① 참조). 불과 2∼3개의 유전자만을 갖고 있어 모든 증식에 필요한 효소들은 숙주세포에 의존한다.

한 연구에 의하면 이 바이러스는 물에서 7개월간 감염성을 유지했다. 모든 바이러스 중에서 열에 가장 강하다. 곤충부터 새우, 성게 및 사람을 포함한 여러 동물에 질병을 일으킨다. 사람의 위장관계와 림프계에 감염을 일으키며 특히 소아, 면역결핍자에서 위중한 질병을 일으킨다. 고양이, 강아지 등 다양한 동물에서 설사증, 심근염 등을 일으킨다.

▲ ② 아스트로바이러스(Astrovirus)의 전자현미경 사진.

아스트로바이러스(Astrovirus)  이 바이러스는 태양 모양의 코로나와 대조적으로 별과 같은 모양을 하고 있으며 27∼34㎚ 직경의 원형을 이룬다(사진② 참조).

주로 영아와 소아에게 위장염을 일으키는 바이러스의 한 종류로서 설사증 등을 유발한다. 하수로 다량의 아스트로바이러스가 배출되며 자세한 역할은 아직 알려진 바 없다. 하수에서의 감염성 유지 정도는 폴리오바이러스(Poliovirus)나 아데노바이러스(Adenovirus)보다 높고 로타바이러스(Rotavirus), A형간염(hepatitis A)보다는 낮다.

폴리오마바이러스(Polyomavirus)  자연 숙주가 주로 포유동물과 새들인 바이러스과로 여기에는 4개 속 89종의 바이러스가 속한다. 작은 크기의 dsDNA(이중가닥 DNA) 바이러스로서 열에 대단히 강하다. JC바이러스는 면역결핍환자와 암환자 등에 진행성다발뇌병변증을 일으키는 등 13종의 바이러스가 사람에게 질병을 일으킨다. BK바이러스는 신장질환을 일으켜 장기이식 환자에게 문제가 된다.

이 모든 출현바이러스들은 분변 또는 뇨, 물, 구강을 통하여 전파가 일어나는 바이러스들로서 소아, 면역결핍환자들에게 중증 질환을 일으킨다. 이외 다수의 새로운 바이러스들이 물을 통하여 질병들을 일으키는 것으로 규명되어 있다. 피코버나바이러스(Picobirnavirus), 서코바이러스(Circovirus) 등은 30㎚ 정도의 매우 작은 바이러스로서 모두 열에 대단히 강하며 물을 통하여 위장염 등 각종 질환을 일으킨다.

전통성(conventional) 주요 수인성 바이러스들 

물을 통하여 질병을 전파할 수 있는 바이러스들의 다수는 호흡기 분비물 등 다른 체액을 통하여서도 전파될 수 있으며 동일한 바이러스가 다양한 질병을 일으킨다.

아데노바이러스(Adenovirus)  이 과(科)의 바이러스는 사람은 물론, 원숭이, 소, 돼지, 개 등 다양한 동물에게 질병을 일으킨다. 외막이 없는 원형의 dsDNA 바이러스로서 보통 크기(70∼100㎚)의 원형 바이러스다. 이 바이러스는 물환경 등에서 안정성이 극히 높다. 사람에게 호흡기질환, 폐렴, 유행성 결막염 및 소아의 위장관염 등 다양한 질병을 일으킨다. 사람에 감염을 일으키는 49종의 혈청형들이 있으며, 혈청형에 따라서 다양한 특이질병을 보인다.

피코르나바이러스(Picornavirus)  이 과에 속하는 바이러스들은 가장 작은 크기의 외막이 없는 RNA 바이러스들이다. 장내(Entero)바이러스(A∼D)들이 이 과에 속한다. 70여 개의 형(type)이 속하며 설사증, 뇌염, 마비 등 다양한 질병을 보인다. 대조적으로 장내바이러스들은 주로 위장 관련 세포들이 감염되며 동시에 원수(原水)에 가장 많은 바이러스 수를 보인다.

이외에 소아마비를 일으키는 폴리오바이러스(Poliovirus)가 이 과에 속한다. 참고로 현재 환경에 배출되는 바이러스의 대부분은 약독화 생백신 바이러스로 추정된다. 호흡기 질환을 일으키는 파레코(Parecho) 바이러스 등도 이 과에 속한다. pH 3.0의 강산에서부터 pH 11의 강알칼리에서도 안정성을 보인다.

▲ ③ E형 간염바이러스의 전자현미경 사진.

A형, E형 간염바이러스   E형 간염바이러스는 개발도상국의 우물과 같은 환경에서 대형 집단 수인성 감염을 일으키며 임산부 등 면역억제 인구에서 높은 치사율을 보인다. A형 간염바이러스는 외막이 없는 원형의 작은 크기(27㎚)이며 RNA 바이러스다(사진③ 참조).

이 바이러스는 환경에 따라 다수 인구에서는 가벼운 증상을 보이지만 E형 간염바이러스와 같이 임산부와 면역결핍자 등에 중증질환을 초래한다. 근래 환경의 개선으로 장년 혹은 노령에서 감염되는 경우 그 위중도가 높아진다. 젊은 세대에게는 차후 감염에 대비하여 백신 투여가 요구된다. 이 두 바이러스 모두 분변을 통하여 구강으로 전염될 수 있으며 하수를 통해 원수를 오염시킬 수 있다.

▲ ④ 노로바이러스(Norovirus)의 전자현미경 사진.

노로바이러스(Norovirus)와 로타바이러스(Rotavirus)  노로바이러스는 50㎚정도 크기의 RNA 바이러스다(사진④ 참조). 겨울철 구토증으로 가장 흔한 질병을 일으킨다. 지표수(地表水) 등에 의한 오염이 주 원인이며 집단 식중독의 원인균으로 가장 흔한 병원체다. 분변을 통해 하수, 원수 및 지표수의 오염이 발생한다.

로타바이러스(Rotavirus)는 dsRNA 바이러스로서 약 75㎚ 크기의 수레바퀴 모양을 보인다(사진⑤ 참조). 대부분의 장 관련 바이러스에 비하여 큰 구조를 보인다. 이 바이러스 속에는 10여 종의 바이러스가 있으며 사람에서는 A형 로타바이러스가 가장 많다. 영아와 소아에 가장 많은 설사 질환을 일으킨다. 분변으로 바이러스가

▲ ⑤ 로타바이러스(Rotavirus)의 전자현미경 사진.

많이 배출되고 구강, 손 등을 통하여 전파된다. 늦은 가을과 같이 기온이 급격히 떨어질 때 유행한다.

이들 이외에 인플루엔자 바이러스도 사람에서 호흡기 질환을 비롯한 구토 등 위장계를 통하여 분변으로 물환경을 오염시킨다. 특히 철새가 지나가는 호수 등은 조류 인플루엔자 등 새로운 변이종이 출현하는 환경이 될 수 있다.

바이러스 오염에 대비한 새로운 차원의 물관리

이상에서 보는 바와 같이 사람 및 동물의 바이러스 감염으로 물을 통한 감염병 확산 가능성은 커지고 있다. 여기에서 물은 바이러스의 장관계 감염으로 배출되는 분뇨를 포함해 하수부터 사람이 먹는 물에 이르기까지 각종 생활수를 포함한다. 새로 출현하는 바이러스들로 물의 오염이 증가함에 따라 이에 대비한 새로운 개념의 물관리가 요구된다. 물을 통한 감염병 차단을 위해 가져야 할 기본 조건으로 새로운 개념 정립과 이들의 활용이 요구된다.

지속적인 바이러스 모니터링  잘 알려진 바와 같이 감염병의 피해를 최대로 차단하는 방법은 여러 형태의 물환경에 존재할 수 있는 전체 바이러스의 실태를 정확히 파악하는 일이다. 이러한 개념 중의 핵심 사업이 원수의 ‘총(total) 배양성 바이러스량’을 지속적으로 측정하는 일이다. 원수의 ‘총 바이러스량’이 일정 수준을 초과하게 되면 현재의 수처리 시스템으로는 불활화 범위에서 벗어나게 된다.

2001년 국립환경연구원은 대한바이러스학회에 의뢰하여 ‘바이러스 표준분석방법 및 분석인정제도연구’ 사업을 수행하였으며 이를 바탕으로 국내 주요 정수장에 대해  ‘총배양성바이러스량’을 모니터링하는 체제를 시행해왔다. 이 사업을 계기로 국내 원수들의 바이러스 오염실태를 규명할 수 있게 되었다. 그러나 이 제도는 대형 정수장에 한정되어 실시되고 있다. 물론 예산 등 현실적인 제약에 의한 부득이한 조치이나, 대상 범위를 일정 수의 철새 도래지 호수, 선택된 수의 약수 및 우물물 등에도 적용할 필요가 있다. 검사 방법은 보다 간단하고 쉬운 핵산 방법이 요구된다. 또한 가을철 우기에 야외 활동 시 감염되는 각종 수인성 바이러스 오염 여부를 모니터링할 필요가 있다. 현재 도입된 총세포배양성바이러스량 제도는 경비가 많이 소요되는 결점이 있으나 핵산 진단 방법의 도입, 주요 지점 선택 등 효율적인 방법으로 개선될 수 있다.

대형 정수장의 원수 이외에 주요 철새 도래지 호수에 대한 지속적인 바이러스 모니터링은 조류 인플루엔자의 새로운 유행에 대한 예보기능을 할 수 있을 것으로 생각된다. 이러한 사업은 환경부를 포함한 농식품부, 식약처 등 다부처 합동으로 추진할 수 있을 것으로 생각된다.

바이러스의 극한적인 안정성 대비  다수의 수인성 바이러스는 각종 환경 조건에 대해서 극단적으로 높은 안정성을 유지한다. 장내 바이러스들은 pH 3에서도 상당 기간 감염성을 유지한다. 바이러스의 양과 온도에 따라서 차이가 있으나 자연적인 물환경에서 수년간 감염성을 유지할 수 있는 것으로 보고된다.

필자의 직접적인 실험 경험으로 볼 때 안정제 역할을 하는 단백질이 포함된 경우 일부 DNA 바이러스는 수 시간 끓여도 감염성을 유지한다. 일반적으로 바이러스는 섭씨온도가 매우 높거나 낮은 경우 오랜 기간 감염성을 갖고 있다. 겨울에 감기가 유행하는 시기에는 대량의 라이노바이러스(Rhinovirus)가 하수에 존재할 가능성이 있으며 이들 바이러스를 가진 액포들에 의한 감염을 배제하기 어렵다. 바이러스는 잘 알려진 바와 같이 저온에서 가장 안정적이다.

현재 파보바이러스 같이 세포에서 잘 자라지 않는 바이러스들에 대해서는 생존 기간을 정확히 측정하기 어려운 경우가 많다. 또한 바이러스 탐지 기술의 발전에 따라서 새로이 발견되는 바이러스들이 현재 알려진 바이러스의 안정성 범주를 뛰어넘을 가능성도 배제할 수 없으며 이에 대비한 물관리가 필요하다.

물관리 작업자의 안전성 보호  잘 알려진 바와 같이 ‘코로나19’를 비롯한 다수 호흡기 바이러스들은 주로 구강, 안구, 비인후 분비물을 통하여 전파된다. 그러나 실제적으로 바이러스가 대량으로 배출되는 루트는 장관계를 통한 분뇨들이다. 이들 분뇨들이 하수나 원수 등 물을 포함한 환경을 오염시킨다.

분뇨, 하수, 원수 등을 처리하는 과정에서는 상당량의 액포(aerosol)가 발생할 수 있으며 액포들을 통하여 작업자들이 감염될 수 있다. 따라서 액포로부터 작업자를 보호할 모든 장비와 시행규칙들을 준수해야 한다. 물론 실제 감염될 가능성은 시료들의 종류와 작업자의 건강 상태, 이전에 해당 바이러스 폭로 정도에 따라 다르다.

위험 바이러스의 유행 수준에 따라서 차이가 있으나 환자 발생이 있는 병원 하수를 다루는 경우, 고수준의 작업 기준을 따라야 할 것으로 판단된다. 즉 오염된 시료와의 직접적인 접촉을 피하고 이들로부터 발생하는 액포의 흡입을 피하는 조치들이 필요하다.

이에 해당하는 하나의 사례로 필자가 다닌 대학의 미국인 대학원생이 일본뇌염 바이러스 앰플이 들어간 건조기 폭발 사고로 액포를 흡입해 사망하였다. 일본뇌염바이러스 항체가 없는 미국인이 대량으로 발생한 해당 바이러스 액포를 모기의 자상이 아닌 직접 흡입해 감염된 희귀한 사건이었다. 물론 이는 극단적인 사례지만 감염병원체가 다량 포함된 시료를 처리할 때 액포 흡입의 중요성을 나타내는 중요한 사례다.

물을 통한 바이러스 오염 차단을 위한 체계 수립  새로운 바이러스들의 유행으로 바이러스 관련 지식과 상황은 급변하고 있다. 먹는물의 바이러스 오염 방지를 위한 수처리 신기술의 도입·활용이 필요하며 이와 관련된 각종 규정, 법규 등의 재정비와 도입이 요구된다.

‘코로나19’ 바이러스 등 사람 바이러스뿐 아니라 사회경제적으로 큰 피해를 줄 수 있는 동물들에 의한 각종 바이러스 오염을 차단시킬 제도적 장치가 필요하다. 이를 위해 관련 정부 부처들에 의한 기초 조사 및 차단의 중요성 평가를 위한 연구사업을 수행해야 한다.

전술한 바와 같이 바이러스에 의한 물의 오염은 먹는물은 물론, 농업, 산림 활동 및 골프 등 각종 야외 활동을 하는 사람에게도 감염을 일으킨다. 따라서 물환경의 바이러스 오염 연구를 수행하고 관리체계도 수립해야 할 것으로 생각된다.  

[『워터저널』 2020년 5월호에 게재]